способ повышения вязкости и стабильности водомасляных эмульсий

Классы МПК:C10M173/00 Смазочные составы, содержащие более 10% воды
C09K8/04 водные составы для бурения скважин
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Институт химии нефти Сибирского отделения Российской Академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2005-08-18
публикация патента:

Изобретение относится к технологии получения высоковязких и стабильных водомасляных эмульсий, которые применяются для увеличения нефтеотдачи пластов, а также в процессах газодобычи. Способ осуществляют смешиванием нефтяного смазочного масла с водой, взятой в количестве на 10-25% больше критического количества воды в эмульсии, с помощью электромеханического смесителя при 2000-2500 об/мин в течение 40-50 минут, после чего избыток воды удаляют. Технический результат - упрощение технологии процесса при исключении применения эмульгирующих и стабилизирующих соединений. 1 табл.

Формула изобретения

Способ повышения вязкости и стабильности водомасляных эмульсий смешением нефтяного масла и воды, отличающийся тем, что нефтяное смазочное масло и воду, взятую на 10-25% больше критического количества воды в эмульсии, смешивают при 2000-2500 об/мин в течение 40-50 мин, после чего избыток воды удаляют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения высоковязких и стабильных водомасляных эмульсий. Водомасляные эмульсии широко используют в технологиях получения топлив, увеличения нефтеотдачи пластов, например, при обработке высоко обводненных коллекторов, нагнетательных и добывающих скважин (Матер. 2-й науч.-практ. конф. «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа». Томск: Изд-во СО РАН, 2001), а также в процессах газодобычи и для временной изоляции проницаемости в призабойной зоне пластов (Патент ЕПВ 1198536).

В последние годы структурированные эмульсии используют в технологиях гидравлического разрыва малопроницаемых газо- и нефтенесущих пластов.

Вязкость, обеспечивающая структурную, фазовую и механическую устойчивость эмульсий, формируется с помощью дорогостоящих поверхностно-активных веществ (ПАВ), стабилизаторов и зависит от качества, содержания их в составе эмульсий. Например, в способе получения эмульсий состава: 1-70% воды в 30-99% маслянистой жидкости (эфиры, ацетали, диалеилфенолы, углеводороды) используют сложные поверхностно-активные вещества формулы H[CH 2CH(R)A]xN(R)[CH2 CH(R)A]yH, где R - алифатическая углеводородная группа C12-22; R'=Н или алкил C 1-3; А=NH или О; х+у=1-3 (Патент US 6218342, С09К 7/00).

Стабилизацию эмульсионных углеводородных топлив осуществляют в присутствии 0.05-25% ионного или неионного эмульгатора с гидрофильно-липофильным балансом 1-40 (Патент US 6530964, С10L 1/32) или в присутствии эмульгатора на основе поликислотного полимера типа сополимеров олефинов С4-30 с малеиновым ангидридом (Патент US 6419714, С10L 1/32).

В способе получения эмульсионных топлив состава УВ: вода = (60:40)-(98:2) с вязкостью 100 сП (0.1 Па·с) в качестве эмульгаторов используют низшие алкиламины в сочетании с оксидом этилена (Патент US 5993495, С10L 1/32), неорганические соединения, содержащие Na, Mg, Са, Cl (Патент US 6296676, С10L 1/12), NaOH и CaCl2 (Патенты US 6066186, 6030424, С10L 1/32).

Вязкость многофазовых эмульсий типа масло/вода/масло на основе углеводородного сырья, воды и эмульгаторов дополнительно стабилизируют дисперсными веществами, например углеродом (Заявка ЕПВ 1111027, С10L 1/32), органофильными глинистыми минералами и коксом (Патенты US 6150425, 6069178, A61К 9/113, В01F 3/00 соответственно).

Вязкость горючей эмульсии вода/углеводороды (керосин, бензин) с отношением вода/УВ=(5-35):(95-65) регулируют определенным содержанием парафинов, а также растительных, животных или синтетических масел (Заявка FR 2842820, С10L 1/32).

В способе приготовления водомасляной эмульсии и стабилизации ее вязкости используют насыщенные и жирные ненасыщенные спирты и кислоты, насыщенные и ненасыщенные углеводороды (Заявка DE 19859054, C02F 3/02). Для стабилизации водно-эмульсионных топлив на основе нефтяных остатков предложен полиэтоксилат нонилфенола, а в качестве термостабилизатора этих эмульсий - дигидрооксиэтиловый глицинат говяжьего жира при содержании этих соединений в эмульсии от 1.0 до 5.0% (Патент US 6187063, С10L 1/22; Заявка Франции 2801057, С10L 1/32).

Например, буровой раствор на водно-углеводородной основе с гидрофобными свойствами стабилизируют карболигносульфонатом при содержании его в эмульсии от 11.0 до 21.3% (Патент RU 2238297, С09К 7/06).

С целью расширения диапазона работоспособности эмульсии обратного типа на основе битума (19.0-98.0%) и воды (1.0%) к ней добавляют тяжелую пиролизную смолу в количестве от 1.0 до 80.0% (Патент РФ 2194062, С08L 95/00).

С помощью стабилизирующих соединений на основе эфиров многоатомных спиртов и высокомолекулярных фракций синтетических жирных кислот разработаны термоустойчивые до 190°С инвертные эмульсии для бурения и капитального ремонта скважин (Нефтепереработка и нефтехимия, 2003, с.195).

Соли углеводородзамещенной (8-400 атомов С) янтарной кислоты или ее ангидрид и аммоний или амин при концентрациях 0.01-15.0% повышают термоустойчивость эмульгированных смесей водно-топливных композиций и улучшают процесс их горения (Патент US 6648929, С10L 1/22).

Вязкую эмульсию для выделения углеводородов из подземных образований стабилизируют твердой добавкой, например, частицами глин, кварца, гипса, полевого шпата, угольной пыли, асфальтенов и полимеров (Патент US 5910467, С09К 3/00).

Вязкость эмульсии воды в нефтяном масле стабилизируют жидким каучуком или латексом сополимера диеновых, винильных или диеновых и винильных мономеров с карбоксилсодержащими мономерами (Патент RU 2121495, С10М 173/00). Стабилизирующее вещество берут в количестве 0.3-5.0% от веса масла, считая на сухое вещество, при весовом соотношении масла и воды 20:80-80:20 и содержании соединения металла второй или третьей групп 0.09-3.5% от веса масла. Стабилизатор используют в смеси с поверхностно-активным веществом, взятым в количестве 0.5-3.0% от веса масла. Все области применения эмульсий включают режимы их эксплуатации, характеризующиеся высокими термомеханическими нагрузками (деформациями). В большинстве случаев, особенно при содержании воды в нефтепродуктах более 30%, эмульсии разрушаются при деформациях. Поэтому количественной оценкой стабильности структуры и фазового состава эмульсий является динамическая вязкость.

Анализ патентов показывает, что для предотвращения процесса разрушения эмульсий в их состав вводят сложные смеси синтетических стабилизирующих соединений в количестве от 0.3 до 80 мас.% в сочетании с эмульгаторами.

По технической сущности к предлагаемому способу повышения вязкости и стабильности водомасляных эмульсий наиболее близок способ стабилизации эмульсии воды в нефтяном масле по патенту RU 2121495. Недостаток способа заключается в повышенном содержании в эмульсии и малой эффективности стабилизирующей композиции на основе каучука или латекса сополимера диеновых, виниловых мономеров с карбоксилсодержащими мономерами, а также в дополнительном содержании металла второй или третьей групп и эмульгатора, что в сумме составляет до 11.5 мас.%.

Задачей изобретения являлась разработка технологически простого и эффективного способа получения водомасляных эмульсий с более высокой вязкостью и стабильностью без применения эмульгирующих и стабилизирующих соединений.

Технический результат достигается тем, что нефтяное масло типа 5W40, 10W30, М8В, «Камаз», «Автол», И-12 - И-40, «Rimula D» Shell и воду в избытке на 10-25% по отношению к максимальному экспериментально определенному количеству воды для каждого типа масла без добавления специальных эмульгаторов и стабилизаторов смешивают с помощью электромеханического смесителя при 2000-2500 об/мин в течение 40-50 минут. После удаления свободной (неэмульгированной) воды из реактора получают эмульсии с динамической вязкостью, соответственно в 3-6 раз превышающей вязкость эмульсий с таким же содержанием в них воды, но полученных без избытка воды. Стабильность эмульсий характеризуют количественно методом динамической вискозиметрии при скоростях деформационного сдвига от 0.16 до 1312 с-1. Напряжение сдвига и вязкость эмульсий определяют с помощью прибора «Реотест-2». Средние значения реологических характеристик эмульсий, полученных на основе масел 5W40 и 10W30, приведены в таблице.

Как видно из примеров с увеличением избытка воды до 20-24% (примеры 1-5), введенной в процесс эмульсации, содержание воды в эмульсиях уменьшается, а их динамическая вязкость при этом стремительно возрастает до 232-331 Па·с против значений 41-72 Па·с вязкости для эмульсий, полученных в условиях расчетного количества воды. Высоковязкие эмульсии текут при высоких предельных сдвиговых деформациях - 300 Па. Вязкость эмульсий не изменяется при нагревании их до 60-70°С. С уменьшением избытка воды ее содержание в эмульсиях увеличивается, а вязкость приближается к значениям, близким для эмульсий, полученных без избытка воды.

Разработанный способ увеличения вязкости и стабильности водомасляных эмульсий технологичен, не отягощен применением дорогостоящих, токсичных реагентов. В техническом и экономическом отношении способ многократно эффективнее прототипа.

Таблица
Вязкость эмульсии на основе масла 10W30 в зависимости от способа ее получения
№ примера Количество воды, взятое в эмульсацию, мас.% Количество воды, вошедшее в эмульсию, мас.% Вязкость эмульсии, полученной в избытке воды, Па·с № примераВязкость эмульсии, полученной с расчетным количеством воды, Па·с
186.062.3 232.41440.6
285.7 65.4323.615 55.8
385.6 64.9330.8 1652.6
4 85.563.2 349.31775.9
585.4 63.1344.618 71.5
685.0 71.0357.0 1973.6
7 84.772.0 331.02086.0
884.5 76.2340.021 105.2
984.0 78.5346.0 22190.0
10 83.080.3 405.023297.3
1182.9 81.0389.724 378.0
1282.7 82.0548.5 25451.0
13 82.582.5 595.026595.0

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2313566

patent-2313566.pdf

Класс C10M173/00 Смазочные составы, содержащие более 10% воды

способ покрытия металлических поверхностей композицией смазочных материалов, содержащей воски -  патент 2515984 (20.05.2014)
способ покрытия металлических поверхностей фосфатным слоем, а затем полимерным слоем смазочных материалов -  патент 2501848 (20.12.2013)
смазочно-охлаждающая жидкость для шлифования плазменных покрытий на никелевой основе -  патент 2501847 (20.12.2013)
смазочно-охлаждающая жидкость для обработки стекла -  патент 2495096 (10.10.2013)
композиция антифрикционного твердого смазочного покрытия -  патент 2493241 (20.09.2013)
смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки стекла и других материалов -  патент 2475522 (20.02.2013)
смазочный материал и способ его получения -  патент 2467061 (20.11.2012)
эмульсол для смазки металлических форм при изготовлении бетонных и железобетонных изделий -  патент 2466181 (10.11.2012)
смазочно-охлаждаюшая жидкость -  патент 2461610 (20.09.2012)
растворимое масло, содержащее сверхщелочные сульфонатные присадки -  патент 2458110 (10.08.2012)

Класс C09K8/04 водные составы для бурения скважин

способ получения изолирующего гелеобразующего раствора на водной основе -  патент 2491411 (27.08.2013)
высокотемпературное гелирующее средство для модификации вязкости низко- и высокоплотных рассолов -  патент 2453576 (20.06.2012)
способы и композиции для обработки подземных участков -  патент 2361897 (20.07.2009)
вязкоупругий состав для изоляционных работ в скважинах -  патент 2356929 (27.05.2009)
способ стимулирования добычи углеводородов и снижения уровня получения воды из подземной формации -  патент 2351627 (10.04.2009)
цвиттерионные полимеры, содержащие звенья типа бетаина, и применение цвиттерионных полимеров в промывочной жидкости -  патент 2333225 (10.09.2008)
реагент для обработки буровых растворов и способ его получения -  патент 2321611 (10.04.2008)
стабильная водомасляная эмульсия -  патент 2313567 (27.12.2007)
состав для приготовления гидрофобной эмульсии и гидрофобная эмульсия -  патент 2296791 (10.04.2007)
способ первичного вскрытия продуктивных пластов при бурении на нефть и газ -  патент 2283418 (10.09.2006)
Наверх